题目
当某一材料的断裂韧度 K_(mathrm{IC)} = 62 , (MPa) cdot (m)^1/2,材料中裂纹的长度 2a = 5.7 , (mm) 时,要使裂纹失稳扩展而导致断裂,需要多大的应力?(设 Y = sqrt(pi))
当某一材料的断裂韧度 $K_{\mathrm{IC}} = 62 \, \text{MPa} \cdot \text{m}^{1/2}$,材料中裂纹的长度 $2a = 5.7 \, \text{mm}$ 时,要使裂纹失稳扩展而导致断裂,需要多大的应力?(设 $Y = \sqrt{\pi}$)
题目解答
答案
根据题目给出的条件,断裂韧度 $ K_{IC} = 62 \, \text{MPa} \cdot \sqrt{\text{m}} $,裂纹长度 $ 2a = 5.7 \, \text{mm} $,即 $ a = 2.85 \, \text{mm} = 2.85 \times 10^{-3} \, \text{m} $。根据断裂力学公式:
\[
K_{IC} = Y \sigma_c \sqrt{\pi a}
\]
将 $ Y = \sqrt{\pi} $ 代入,可得:
\[
\sigma_c = \frac{K_{IC}}{Y \sqrt{\pi a}} = \frac{62}{\sqrt{\pi} \cdot \sqrt{\pi \times 2.85 \times 10^{-3}}}
\]
简化分母:
\[
Y \sqrt{\pi a} = \sqrt{\pi} \cdot \sqrt{\pi \times 2.85 \times 10^{-3}} = \sqrt{\pi^2 \times 2.85 \times 10^{-3}} = \pi \sqrt{2.85 \times 10^{-3}}
\]
计算 $ \sqrt{2.85 \times 10^{-3}} $:
\[
\sqrt{2.85 \times 10^{-3}} \approx \sqrt{0.00285} \approx 0.0534
\]
因此:
\[
Y \sqrt{\pi a} \approx \pi \times 0.0534 \approx 3.14 \times 0.0534 \approx 0.1676
\]
最终:
\[
\sigma_c = \frac{62}{0.1676} \approx 369.8 \, \text{MPa}
\]
综上,需施加的应力约为 $ 370 \, \text{MPa} $。
答案:约 $ 370 \, \text{MPa} $。